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DE102017009613A1 - Method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular of a motor vehicle - Google Patents

Method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular of a motor vehicle Download PDF

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DE102017009613A1
DE102017009613A1 DE102017009613.9A DE102017009613A DE102017009613A1 DE 102017009613 A1 DE102017009613 A1 DE 102017009613A1 DE 102017009613 A DE102017009613 A DE 102017009613A DE 102017009613 A1 DE102017009613 A1 DE 102017009613A1
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air
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Fabian Marko
Gerhard Koenig
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Daimler AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem in wenigstens einem Brennraum (12) der Verbrennungskraftmaschine (10) ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, welches mittels einer Vorkammerzündkerze (16), welche eine über mehrere Überströmöffnungen (13) mit dem Brennraum (12) verbundene Vorkammer (18) aufweist, gezündet wird, wobeieine Abgasrückführung durchgeführt wird, mittels welcher dem Brennraum (12) Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) zugeführt wird; undThe invention relates to a method for operating an internal combustion engine (10) of a motor vehicle, in which in at least one combustion chamber (12) of the internal combustion engine (10), a fuel-air mixture is formed, which by means of a pre-chamber spark plug (16), which one over several Overflow (13) with the combustion chamber (12) connected pre-chamber (18) is ignited, wherein an exhaust gas recirculation is performed, by means of which the combustion chamber (12) exhaust gas of the internal combustion engine (10) is supplied; and

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der US 8 925 518 B1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird in wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet, welches mittels einer als Vorkammerzündkerze ausgebildeten Fremdzündeinrichtung gezündet wird. Die Vorkammerzündkerze weist dabei eine über mehrere Überströmöffnungen mit dem Brennraum verbundene Vorkammer auf. Da das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht etwa durch Selbstzündung, sondern mittels der Vorkammerzündkerze gezündet wird, arbeitet die Verbrennungskraftmaschine mit Fremdzündung.Such a method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a motor vehicle, for example, is already the US 8,925,518 B1 to be known as known. In the method, a fuel-air mixture is formed in at least one combustion chamber of the internal combustion engine, which is ignited by means of a third ignition device designed as Vorkammerzündkerze. The prechamber spark plug has a prechamber connected to the combustion chamber via a plurality of overflow openings. Since the fuel-air mixture is ignited not by auto-ignition, but by means of the pre-chamber spark plug, the internal combustion engine operates with spark ignition.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.Object of the present invention is to develop a method of the type mentioned in such a way that a particularly low-emission operation of the internal combustion engine can be realized.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Abgasrückführung durchgeführt wird, mittels welcher dem Brennraum Abgas der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Das dem Brennraum zugeführte Abgas der Verbrennungskraftmaschine wird auch als Inertgas bezeichnet beziehungsweise kann in dem Brennraum als Inertgas wirken, um dadurch beispielsweise die Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) besonders gering halten zu können. Im Rahmen der Erfindung ist unter dem Zuführen des Abgases in den Brennraum zu verstehen, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch und das dem Brennraum zugeführte, zusätzlich zu dem Kraftstoff-Luft-Gemisch vorgesehene Abgas gleichzeitig in dem Brennraum aufgenommen sind, sodass das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und in der Folge verbrannt wird, während das Inertgas (das rückgeführte Abgas) in dem beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum aufgenommen ist. Zusätzlich ist bei ottomotorischem stöchiometrischem Betrieb in Kombination mit hoher Inertgasbeimischung die Kombination aus hohem Wirkungsgrad, Leistungsdichte und der gleichzeitigen Nutzung einer einfachen Abgasnachbehandlung mittels 3-Wege Katalysators möglichIn order to develop a method specified in the preamble of claim 1 type such that a particularly low-emission operation of the internal combustion engine can be realized, it is inventively provided that an exhaust gas recirculation is carried out, by means of which the combustion chamber exhaust gas of the internal combustion engine is supplied. The exhaust gas supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine is also referred to as an inert gas or can act as an inert gas in the combustion chamber, thereby being able to keep the nitrogen oxide emissions (NO x emissions) particularly low, for example. In the context of the invention, supplying the exhaust gas into the combustion chamber means that the fuel-air mixture and the exhaust gas supplied to the combustion chamber and provided in addition to the fuel-air mixture are simultaneously accommodated in the combustion chamber, so that the fuel Air mixture ignited and is burned in the sequence, while the inert gas (the recirculated exhaust gas) is received in the example formed as a cylinder combustion chamber. In addition, in Otto engine stoichiometric operation in combination with high Inertgasbeimischung the combination of high efficiency, power density and the simultaneous use of a simple exhaust aftertreatment by 3-way catalyst is possible

Ferner ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Vorkammer ein zumindest annähernd stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, indem Luft und Kraftstoff über wenigstens ein von den Überströmöffnungen unterschiedliches, zusätzlich dazu vorgesehenes Zuführelement direkt in die Vorkammer eingebracht werden. Somit werden die Luft und der Kraftstoff separat von den Überströmöffnungen in die Vorkammer direkt eingebracht, sodass der auch als Brennstoff bezeichnete Kraftstoff und die Luft nicht etwa über die Überströmöffnungen, sondern über das von den Überströmöffnungen unterschiedliche, zusätzlich zu den Überströmöffnungen vorgesehene Zuführelement und beispielsweise insbesondere zusätzlich zu dem gegebenenfalls auch Inertgas aufweisenden Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Brennraum in die Vorkammer eingebracht werden. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Zündung in der Vorkammer der Vorkammerzündkerze realisiert werden, wobei gleichzeitig in dem auch als Hauptbrennraum bezeichneten Brennraum ein besonders hoher Inertgas-Anteil realisiert werden kann.Furthermore, it is provided according to the invention that an at least approximately stoichiometric fuel-air mixture is formed in the prechamber by introducing air and fuel directly into the prechamber via at least one feed element provided separately from the overflow openings. Thus, the air and the fuel are introduced directly from the overflow into the antechamber, so that also referred to as fuel fuel and the air not about the overflow, but on the different from the overflow, provided in addition to the overflow supply element and for example in addition to the possibly also inert gas having fuel-air mixture are introduced from the combustion chamber in the prechamber. In this way, a particularly advantageous ignition in the antechamber of the prechamber spark plug can be realized, wherein at the same time in the combustion chamber, also referred to as the main combustion chamber, a particularly high proportion of inert gas can be realized.

Es wurde gefunden, dass es bei einem hohen Inertgasanteil in der Vorkammer der Vorkammerzündkerze zu einem hohen Zündverzug sowie zu einer langsamen Flammenausbreitung in der Vorkammer kommen kann. Ein resultierender Druckanstieg in der Vorkammer ist deswegen nur sehr gering. Somit haben aus der Vorkammer austretende Fackelstrahlen einen nur geringen Impuls und eine nur geringe Energie. In der Folge ist die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Brennraum beziehungsweise bei dieselähnlichen Brennverfahren der Gas-Jets in dem Brennraum durch die aus der Vorkammer austretenden Fackelstrahlen bei hohen Inertgasanteilen nur eingeschränkt möglich. Diese Probleme und Nachteile können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, sodass sich einerseits ein besonders emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und andererseits eine sichere Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches realisieren lassen. Somit kann bei hohen Inertgaszumischungen im Hauptbrennraum eine besonders gute Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden.It has been found that with a high inert gas content in the antechamber of the prechamber spark plug, a high ignition delay as well as a slow flame propagation in the prechamber can occur. A resulting increase in pressure in the antechamber is therefore very small. Thus, torch jets emanating from the antechamber have only a small impulse and a low energy. As a result, the ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber or diesel-like combustion process of the gas jets in the combustion chamber by the emerging from the antechamber torch jets at high inert gas is only limited possible. These problems and disadvantages can be avoided by means of the method according to the invention, so that on the one hand a particularly low-emission operation of the internal combustion engine and on the other hand a reliable ignition of the fuel-air mixture can be realized. Thus, a particularly good smoothness of the internal combustion engine can be ensured at high inert gas in the main combustion chamber.

Insbesondere ist in der Vorkammer ein gegenüber dem Brennraum deutlich reduzierter Inertgasanteil beziehungsweise eine deutlich reduzierte Inertgasmasse vorgesehen, da die Luft und der beispielsweise als Brenngas ausgebildete Kraftstoff in die Vorkammer direkt eingebracht werden.In particular, a significantly reduced inert gas content or a significantly reduced inert gas mass is provided in the prechamber, since the air and the fuel formed, for example, as fuel gas are introduced directly into the prechamber.

Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine ein Gasmotor, welcher für eine mobile Anwendung verwendet wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Luft und der beispielsweise als Brenngas ausgebildete Kraftstoff zur Versorgung der Vorkammer mit einem hohen Druck bereitgestellt werden, wobei diese Bereitstellung der Luft und des Kraftstoffes beispielsweise aus fahrzeugeigenen Systemen erfolgt. Beispielsweise wird die Luft als Druckluft bereitgestellt beziehungsweise in die Vorkammer, insbesondere direkt, eingebracht, wobei die Druckluft beispielsweise von einem fahrzeugseitigen Pneumatiksystem bereitgestellt wird. Das Pneumatiksystem umfasst beispielsweise wenigstens einen Luftpresser, welcher insbesondere bei einem Nutzfahrzeug zum Einsatz kommen kann. Insbesondere wird die Luft beispielsweise mit einem Druck in einem Bereich von einschließlich 10 bar bis einschließlich 15 bar bereitgestellt und insbesondere in die Vorkammer eingebracht. Preferably, the internal combustion engine is a gas engine used for a mobile application. It has proven to be particularly advantageous if the air and the fuel formed, for example, as fuel gas are provided at a high pressure to supply the prechamber, this provision of the air and of the fuel taking place, for example, from in-vehicle systems. For example, the air is provided as compressed air or introduced into the pre-chamber, in particular directly, wherein the compressed air is provided for example by a vehicle-side pneumatic system. The pneumatic system comprises, for example, at least one air compressor, which can be used in particular in a commercial vehicle. In particular, the air is provided, for example, with a pressure in a range of from 10 bar inclusive up to and including 15 bar and in particular introduced into the prechamber.

Der beispielsweise als Brenngas ausgebildete Kraftstoff wird beispielsweise ebenfalls von einem fahrzeugeigenen System bereitgestellt. Insbesondere wird als der Kraftstoff, welcher direkt in die Vorkammer eingebracht wird, ein gasförmiger Kraftstoff wie beispielsweise CNG (Compressed Natural Gas) oder LNG (Liquefied Natural Gas) verwendet. Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Kraftstoff mit einem Druck von mehr als 5 bar in die Vorkammer eingebracht wird.For example, the fuel formed as fuel gas, for example, is also provided by an in-vehicle system. In particular, as the fuel which is directly introduced into the prechamber, a gaseous fuel such as CNG (Compressed Natural Gas) or LNG (Liquefied Natural Gas) is used. It has proved to be advantageous if the fuel is introduced at a pressure of more than 5 bar in the prechamber.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Nutzung der Vorkammerzündkerze als gespülte Vorkammerzündkerze, da die Vorkammer mit der zusätzlich zu dem in dem Brennraum gebildeten Kraftstoff-Luft-Gemisch vorgesehenen Luft und mit dem zusätzlich zu dem im Brennraum gebildeten Kraftstoff-Luft-Gemisch vorgesehenen Kraftstoff gespült wird, indem der Kraftstoff und die Luft separiert voneinander direkt in die Vorkammer eingebracht werden. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise die Nutzung der gespülten Vorkammerzündkerze zur Realisierung eines dieselähnlichen Brennverfahrens, insbesondere eines dieselähnlichen Gas-Brennverfahrens. Dabei wird beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine als Gasmotor betrieben, welcher mittels eines gasförmigen Kraftstoffes betrieben wird. Der gasförmige Kraftstoff wird genutzt, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum zu bilden. Dabei wird beispielsweise der gasförmige Kraftstoff mittels einer Hochdruck-Direkteinblasung, insbesondere direkt, in den beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum eingeblasen. Um die Stickoxid-Emissionen besonders gering halten zu können, wird Abgas als Inertgasmasse rückgeführt und in den als Hauptbrennraum ausgebildeten Brennraum eingebracht beziehungsweise eingeleitet.The inventive method allows the use of the pre-chamber spark plug as rinsed Vorkammerzündkerze, since the prechamber is flushed with the provided in addition to the fuel-air mixture formed in the combustion chamber and the fuel provided in addition to the fuel-air mixture formed in the combustion chamber, by the fuel and the air separated from each other are introduced directly into the antechamber. Thus, the inventive method allows, for example, the use of the purged pre-chamber spark plug for realizing a diesel-like combustion process, in particular a diesel-like gas combustion process. In this case, for example, the internal combustion engine is operated as a gas engine, which is operated by means of a gaseous fuel. The gaseous fuel is used to form the fuel-air mixture in the combustion chamber. In this case, for example, the gaseous fuel is blown by means of a high-pressure direct injection, in particular directly, in the example designed as a cylinder combustion chamber. In order to keep the nitrogen oxide emissions particularly low, exhaust gas is recycled as inert gas mass and introduced or introduced into the combustion chamber designed as the main combustion chamber.

Ferner ist es denkbar, die Vorkammerzündkerze zur Realisierung eines ottomotorischen Brennverfahrens, insbesondere eines ottomotorischen Gasbrennverfahrens, mit sehr hohem Inertgasanteil im Brennraum zu nutzen. Damit wird eine sehr hohe Inertgas-Beimischung ermöglicht, und es kann durch verringerte Wärmeverluste eine Wirkungsgradverbesserung erreicht werden.Furthermore, it is conceivable to use the prechamber spark plug for realizing an Otto engine combustion method, in particular a gas engine combustion method with a very high inert gas content in the combustion chamber. This allows a very high inert gas admixture, and it can be achieved by reducing heat loss efficiency improvement.

Insbesondere liegen der Erfindung die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Moderne, mit Fremdzündung arbeitende Verbrennungskraftmaschinen beispielsweise für Nutzfahrzeuge und Personenkraftwagen verwenden für die Erhöhung des thermodynamischen Wirkungsgrads sowie Leistungsdichte durch Absenkung der Bauteilbelastung und/oder zur Stickoxid-Emissionsreduzierung die Ladungsverdünnung durch rückgeführtes Abgas, das heißt durch Durchführung einer Abgasrückführung (AGR). Die Nutzung des Abgases als Intergas im Brennraum mit den genannten Vorteilen erlaubt die Nutzung eines stöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Gemisches wodurch die Verwendung eines einfachen Abgasnachbehandlungssystems mittels Drei-Wege Katalysator möglich wird. Die Fremdzündung dieser Gemische in einer Vorkammer stellt eine besondere Herausforderung dar. Beispielsweise für mobile Anwendungen in Nutzfahrzeugen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Nutzung der Vorkammerzündkerze mit Einbringung beziehungsweise Einblasung von Luft und Kraftstoff, insbesondere Brenngas, aus einer fahrzeugseitigen Versorgung zur Reduzierung der Inertgasmasse in der Vorkammer für eine optimierte Zündung vorgeschlagen. Dabei sind folgende Betriebsweisen von Gasmotoren aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt:

  1. a) Zweistoffgasmotoren, welche auch als Dual-Fuel bezeichnet werden
  2. b) dieselähnlich betriebene Gasmotoren
  3. c) ottomotorisch betriebene Gasmotoren mit stöchiometrischem Kraftstoff-Luft-Verhältnis sowie magere, das heißt mit Luftüberschuss betriebene Gasmotoren.
In particular, the invention, the following findings are based on: Modern, working with spark ignition internal combustion engines, for example, for commercial vehicles and passenger cars use for increasing the thermodynamic efficiency and power density by lowering the component load and / or nitrogen oxide emission reduction charge dilution by recirculated exhaust gas, that is by implementation an exhaust gas recirculation (EGR). The use of the exhaust gas as an inert gas in the combustion chamber with the advantages mentioned allows the use of a stoichiometric fuel / air mixture whereby the use of a simple exhaust aftertreatment system by means of three-way catalyst is possible. The spark ignition of these mixtures in a pre-chamber is a particular challenge. For example, for mobile applications in commercial vehicles, the use of Vorkammerzündkerze with introduction or injection of air and fuel, in particular fuel gas, from a vehicle-side supply to reduce the inert gas in the antechamber proposed for optimized ignition. The following operations of gas engines are known from the general state of the art:
  1. a) dual-fuel gas engines, which are also referred to as dual-fuel
  2. b) diesel-powered gas engines
  3. c) Otto engine gas engines with stoichiometric fuel-air ratio and lean, that is operated with excess air gas engines.

Bei den ottomotorischen Brennverfahren, wie sie oben unter c) genannt wurden, wird ein zündfähiges, beispielsweise als Brenngas-Luft-Gemisch ausgebildetes Kraftstoff-Luft-Gemisch entweder vorgemischt in den Brennraum eingeleitet oder während einer Kompressionsphase im Brennraum durch direkte Einbringung, insbesondere Einblasung, des beispielsweise als gasförmiger Kraftstoff ausgebildeten und auch als Brennstoff oder Brenngas bezeichneten Kraftstoffs erzeugt. Die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird anschließend durch Fremdzündung eingeleitet. Es können unterschiedliche Zündverfahren verwendet werden. Eine Option ist die Zündung durch eine Vorkammerzündkerze.In the Otto engine combustion method, as mentioned above under c), an ignitable, for example, designed as a fuel gas-air mixture fuel-air mixture is either premixed introduced into the combustion chamber or during a compression phase in the combustion chamber by direct introduction, in particular injection, of the example formed as a gaseous fuel and also referred to as fuel or fuel gas produced fuel. The combustion of the fuel-air mixture is then initiated by spark ignition. Different ignition methods can be used. An option is the ignition by a Vorkammerzündkerze.

Für dieselähnliche Gas-Brennverfahren, wie sie oben unter b) genannt wurden, kann nach EP 3 043 049 A1 oder nach US 2 799 255 eine Fremdzündung der Hochdruck-Gasstrahlen durch eine Vorkammerzündkerze verwendet werden. For diesel-like gas combustion processes, as mentioned above under b), can after EP 3 043 049 A1 or after US 2,799,255 a spark ignition of the high-pressure gas jets are used by a Vorkammerzündkerze.

Für die verbesserte Zündung von mageren Gemischen wird vor allem bei stationär betriebenen Otto-Motoren als Alternative zu einer konventionellen Zündkerze eine Vorkammerzündkerze verwendet, wie es beispielsweise in WO 03071644 oder US 2016/0024994 A1 beschrieben ist. Prinzipiell teilt sich damit der Brennraum in zwei durch die Überströmöffnungen der Vorkammerzündkerze verbundene Einzelbrennräume auf. Ein erster der Einzelbrennräume ist die Vorkammer, welche auch als Vorkammerbrennraum bezeichnet wird. Der zweite Einzelbrennraum ist zuvor genannter Brennraum und wird auch als Hauptbrennraum bezeichnet. Das Volumen der Vorkammer ist deutlich geringer als das Volumen des Hauptbrennraums. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt durch die beispielsweise als Überströmbohrungen ausgebildeten Überströmöffnungen in die Vorkammer, wird dort mittels Funkenzündung gezündet und tritt durch eine resultierende Druckerhöhung als Flammenfackeln in den Hauptbrennraum über. Dort entzünden diese Flammenfackeln das Kraftstoff-Luft-Gemisch beziehungsweise die vorgemischte Hauptbrennstoffmenge für die folgende Hauptverbrennung. Bei diesen passiven Vorkammern ohne Spülung entspricht die Gemischzusammensetzung in der Vorkammer der Gemischzusammensetzung im Hauptbrennraum.For the improved ignition of lean mixtures, a pre-chamber spark plug is used as an alternative to a conventional spark plug, especially in stationary petrol engines, as it is, for example, in WO 03071644 or US 2016/0024994 A1 is described. In principle, this divides the combustion chamber into two individual combustion chambers connected by the overflow openings of the prechamber spark plug. A first of the individual combustion chambers is the antechamber, which is also referred to as pre-chamber combustion chamber. The second single combustion chamber is previously called combustion chamber and is also referred to as the main combustion chamber. The volume of the pre-chamber is significantly less than the volume of the main combustion chamber. The fuel-air mixture passes through the formed for example as overflow holes overflow into the antechamber, where it is ignited by spark ignition and passes through a resulting pressure increase as flame torches in the main combustion chamber. There, these flame torches ignite the fuel-air mixture or the premixed main fuel quantity for the following main combustion. In these passive antechambers without irrigation, the mixture composition in the prechamber corresponds to the mixture composition in the main combustion chamber.

Es existieren auch Vorkammer-Varianten, die das Ziel haben, die Gemischzusammensetzung in der Vorkammer unabhängig von dem Hauptbrennraum zu gestalten. Bei mit Luftüberschuss, das heißt mager betriebenen Motoren, wird Brennstoff in die Vorkammer zugegeben. So wird die Luftmenge in der Vorkammer verringert und die Gemischzusammensetzung in der Vorkammer nähert sich der für die Zündung idealen stöchiometrischen Gemischzusammensetzung an. Dieses Verfahren wird auch bei dieselähnlichen Gas-Brennverfahren verwendet, wie es beispielsweise in der EP 3 043 049 A1 beschrieben ist. Technisch bekannte Varianten sind für die Einbringung von Brennstoff in die Vorkammer weiterhin:

  • - mit einem Einblasventil direkt in die Vorkammer (zum Beispiel GB 9221970 , US 2012 103 302 und DE 11 2011 103 649 )
  • - mit Direkteinblasung in den Hauptbrennraum und Einbringen von Brennstoff durch die Überströmöffnungen (zum Beispiel WO 2006/018291 )
  • - Einbringen von Spülgas durch Kapillare (zum Beispiel DE 10 2005 005 851 und EP 1 143 126 ).
There are also pre-chamber variants that have the goal of making the mixture composition in the antechamber independent of the main combustion chamber. In the case of excess air, that is, lean-burn engines, fuel is added to the prechamber. Thus, the amount of air in the prechamber is reduced and the mixture composition in the prechamber approaches the ideal stoichiometric mixture composition for ignition. This method is also used in diesel-like gas combustion processes, as for example in the EP 3 043 049 A1 is described. Technically known variants are for the introduction of fuel in the antechamber continue:
  • - with a blow-in valve directly into the antechamber (for example GB 9221970 . US 2012 103 302 and DE 11 2011 103 649 )
  • - With direct injection into the main combustion chamber and introducing fuel through the overflow openings (for example WO 2006/018291 )
  • - Introducing purge gas through capillary (for example DE 10 2005 005 851 and EP 1 143 126 ).

Die Gemischbildung in der Vorkammer kann mithilfe einer durch außermittig angebrachte Überströmkanäle erzeugten Drallströmung unterstützt werden, wie dies beispielsweise in der DE 10 2005 005 851 beschrieben ist.The mixture formation in the antechamber can be assisted by means of a swirl flow generated by eccentrically mounted transfer channels, as described, for example, in US Pat DE 10 2005 005 851 is described.

Des Weiteren existiert die Möglichkeit, zusätzlich oder alternativ zu Kraftstoff auch Luft oder Inertgas durch die oben beschriebenen Varianten in die Vorkammer einzubringen. Hierbei soll vor dem Einbringen des Brenngases durch Einbringen von Luft beziehungsweise Inertgas das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Vorkammer verdünnt und damit eine Vorentflammung vor der eigentlichen Funken- beziehungsweise Fremdzündung verhindert werden (zum Beispiel DE 10 2008 015 744 , AT 134173 und JP 2002266643 ).Furthermore, there is the possibility, in addition to or as an alternative to fuel, of introducing air or inert gas into the prechamber through the variants described above. This is to be diluted before introducing the fuel gas by introducing air or inert gas, the fuel-air mixture in the antechamber and thus pre-ignition before the actual spark or spark ignition can be prevented (for example DE 10 2008 015 744 . AT 134173 and JP 2002266643 ).

Ottomotorische und dieselähnliche Gas-Brennverfahren werden nach heutigem Stand der Technik meist mit Inertgas im Hauptbrennraum betrieben. Das Inertgas kann zum einen aus einer inneren Abgasrückführung als auch aus einer äußeren Abgasrückführung stammen. Durch den Betrieb mit Inertgas im Brennraum können bei dem ottomotorischen Brennverfahren die Verbrennungstemperaturen und damit die Wandwärmeverluste gesenkt werden. Damit verbunden ist eine Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrads. Der Inertgasanteil im Hauptbrennraum liegt beispielsweise bei modernen Ottomotoren im Bereich von bis zu 30 Prozent Massenanteil. Bei dem dieselmotorischen Gas-Brennverfahren wird Inertgas im Brennraum zur Reduktion des Sauerstoffpartialdrucks für die Absenkung der Stickoxid-Emissionen genutzt. Mit erhöhtem Inertgasanteil im Brennraum erhöht sich jedoch auch der Inertgasanteil in der Vorkammer. Der Inertgasanteil in der Vorkammer führt zu:

  • - ansteigendem Zündverzug
  • - Reduktion der in der Vorkammer enthaltenen Energiemenge
  • - Verringerung der Brenngeschwindigkeit.
Otto-motor and diesel-like gas combustion processes are operated according to the current state of the art usually with inert gas in the main combustion chamber. The inert gas can originate from an internal exhaust gas recirculation as well as from an external exhaust gas recirculation. By operating with inert gas in the combustion chamber in the Otto engine combustion process, the combustion temperatures and thus the wall heat losses can be reduced. This is associated with an increase in the thermodynamic efficiency. The inert gas content in the main combustion chamber is, for example, in modern gasoline engines in the range of up to 30 percent by mass. In the diesel engine gas combustion process inert gas is used in the combustion chamber to reduce the oxygen partial pressure for the reduction of nitrogen oxide emissions. With increased inert gas in the combustion chamber, however, also increases the inert gas in the antechamber. The inert gas content in the antechamber leads to:
  • - Increasing ignition delay
  • - Reduction of the amount of energy contained in the antechamber
  • - Reduction of burning speed.

Damit ist die resultierende Druckerhöhung der Vorkammer durch die permanente Verbindung mit dem Hauptbrennraum über die Überströmöffnungen reduziert. Der Impuls und die thermische Energie der austretenden Fackelstrahlen sind geringer. Die aus den Fackelstrahlen resultierende Zündung des Hauptbrennstoffgemischs (ottomotorisches Brennverfahren) oder der Hochdruck-Brennstoff-Strahlen (dieselähnliches Brennverfahren) sind verschlechtert.Thus, the resulting pressure increase of the prechamber is reduced by the permanent connection with the main combustion chamber via the overflow. The momentum and the thermal energy of the exiting torch jets are lower. The ignition of the main fuel mixture resulting from the torch jets (Otto engine combustion method) or the high-pressure fuel jets (diesel-like combustion method) are deteriorated.

Für Motoren mit Inertgasbeimischung im Hauptbrennraum ist die alleinige Zumischung von Brenngas in die Vorkammer nicht für bessere Zündbedingungen ausreichend:

  • - Bei stöchiometrischem Gemisch im Hauptbrennraum (ottomotorisches Brennverfahren mit AGR) ist die Einbringung von Brennstoff in die Vorkammer nicht zielführend. Es entsteht ein Brenngas-Luft-Gemisch mit zu hohem Brenngasanteil (fettes Gemisch), das schlechter zündet.
  • - Bei dieselähnlichen Gas-Brennverfahren mit Vorkammerzündung liegen Luft und Inertgas im Hauptbrennraum und damit auch in der Vorkammer vor. Durch Zudosieren von Brenngas wird zündfähiges Gemisch in der Vorkammer erzeugt. Der Inertgasanteil in der Vorkammer verschlechtert jedoch auch hier die Zündbedingungen.
For engines with Inertgasbeimischung in the main combustion chamber, the sole admixture of fuel gas in the antechamber is not sufficient for better ignition conditions:
  • - With a stoichiometric mixture in the main combustion chamber (Otto-cycle combustion process with EGR), the introduction of fuel into the pre-chamber is not expedient. The result is a fuel gas-air mixture with too high proportion of fuel gas (rich mixture), which ignites worse.
  • - In diesel-like gas combustion process with prechamber ignition, air and inert gas are present in the main combustion chamber and thus also in the prechamber. By metering in fuel gas, an ignitable mixture is produced in the prechamber. However, the inert gas in the antechamber deteriorates the ignition conditions here.

Daher sollte bei beiden Brennverfahrenskonzepten mit Inertgasanteil im Hauptbrennraum in die Vorkammer Luft und Brenngas eingebracht werden, um den Inertgasanteil in der Vorkammer bei Zündzeitpunkt zu reduzieren. Dies kann nach Stand der Technik ( US 5081969 ) durch eine direkte Einbringung von extern vorgemischtem Spülgas-Gemisch mit λ = 1 erfolgen. In der US 8 925 518 B1 wird für Zweistoffmotoren die Einbringung von zwei Kraftstoffen sowie Sauerstoff in die Vorkammer beschrieben. Der Sauerstoff wird fahrzeugseitig über unterschiedliche Abscheider beziehungsweise Wärmetauscher aufwendig erzeugt. Im Unterschied hierzu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein fahrzeugeigenes Druckluftsystem genutzt, um die Luft direkt in die Vorkammer einzubringen. Zudem ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Verbesserung der Zündung in der Vorkammer bei einem hohen Inertgasanteil im Hauptbrennraum für ottomotorische und dieselähnliche Gas-Brennverfahren bei mobilen Fahrzeuganwendungen.Therefore, in both combustion process concepts with inert gas in the main combustion chamber in the pre-chamber air and fuel gas should be introduced to reduce the inert gas in the antechamber at ignition. This can be done according to the prior art ( US 5081969 ) by a direct introduction of externally premixed purge gas mixture with λ = 1 done. In the US 8,925,518 B1 For two-fluid engines, the introduction of two fuels and oxygen into the pre-chamber is described. The oxygen is produced consuming on the vehicle side via different separators or heat exchangers. In contrast, in the method according to the invention an on-board compressed air system is used to introduce the air directly into the prechamber. In addition, the object of the present invention is to improve the ignition in the pre-chamber with a high inert gas content in the main combustion chamber for Otto engine and diesel-like gas combustion processes in mobile vehicle applications.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit in der Vorkammer der Vorkammerzündkerze der beispielsweise als Gasmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine ein stöchiometrisches, beispielsweise als Brenngas-Luft-Gemisch ausgebildetes Kraftstoff-Luft-Gemisch mit gegenüber dem Hauptbrennraum deutlich reduzierter Inertgasmasse gebildet, wobei ferner eine Abgasrückführung und somit eine Inertgasbeimischung durchgeführt werden, in deren Zuge Inertgas beziehungsweise Abgas der Verbrennungskraftmaschine in den Hauptbrennraum eingeleitet wird, sodass im Hauptbrennraum nicht nur das Kraftstoff-Luft-Gemisch, sondern zusätzlich Inertgas aufgenommen ist. In der Folge kann eine besonders vorteilhafte Zündung gewährleistet werden.In the context of the inventive method, a stoichiometric, for example, designed as a fuel gas-air mixture fuel-air mixture is formed with respect to the main combustion chamber significantly reduced inert gas in the antechamber of Vorkammerzündkerze, for example, designed as a gas engine internal combustion engine, further comprising an exhaust gas recirculation and thus a Inertgasbeimischung be performed, in the course of which inert gas or exhaust gas of the internal combustion engine is introduced into the main combustion chamber, so that not only the fuel-air mixture, but also inert gas is added in the main combustion chamber. As a result, a particularly advantageous ignition can be ensured.

Beispielsweise treten drei, insbesondere voneinander separate, Ströme beziehungsweise Fluidströme in die Vorkammer ein:

  • - ein erster der Ströme umfasst beispielsweise ein stöchiometrisches Brenngas-Luft-Gemisch mit λ = 1 und Inertgas beziehungsweise ein Luft-Inertgas-Gemisch, wobei der erste Fluidstrom über die Überströmöffnungen aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer einströmt
  • - ein zweiter der Ströme umfasst den zuvor genannten, beispielsweise als gasförmiger Kraftstoff beziehungsweise Brenngas ausgebildeten Kraftstoff
  • - der dritte Strom umfasst die zuvor genannte Luft
For example, three, in particular separate, streams or fluid streams enter the antechamber:
  • - A first of the streams includes, for example, a stoichiometric fuel gas-air mixture with λ = 1 and inert gas or an air-inert gas mixture, wherein the first fluid flow flows through the overflow from the main combustion chamber into the prechamber
  • - A second of the streams comprises the aforementioned, for example, formed as a gaseous fuel or fuel gas fuel
  • - The third stream includes the aforementioned air

Der erste Strom wird dabei über die Überströmöffnungen aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer eingebracht. Der zweite und dritte Strom jedoch wird nicht aus dem Hauptbrennraum und nicht über die Überströmöffnungen, sondern separat dazu in die Vorkammer eingebracht.The first stream is introduced via the overflow from the main combustion chamber in the prechamber. However, the second and third stream is not introduced from the main combustion chamber and not via the overflow, but separately in the antechamber.

Als der genannte Kraftstoff und somit beispielsweise als Hauptbrennstoff sowie für die Spülung der Vorkammer kommen vorzugsweise gasförmige Kraftstoffe wie beispielsweise Methan, Erdgas (CNG beziehungsweise verflüssigt als LNG, beispielsweise Propan), LPG, Propan-Butan-Gemisch, Ethan und/oder Wasserstoff oder aber flüssige Brennstoffe wie beispielsweise Benzin zum Einsatz. Die Stoffströme Brenngas und Luft sollten aus folgenden Gründen getrennt in die Vorkammer eindosiert werden: Das Vormischen und Vorhalten einer brennbaren Brenngas-Luft-Mischung für die anschließende Einblasung in die Vorkammer ist im Fahrzeug aus sicherheitstechnischen Gründen nachteilhaft. Die Entnahme der Brenngas-Luft-Mischung aus dem Saugrohr ist problematisch, da der Saugrohrdruck auch bei Aufladung nicht ausreicht für eine hinreichende Einblasung in die Vorkammer. Des Weiteren ist im Saugrohr bei Motoren mit Abgasrückführung schon Abgas zugemischt, sodass bei Einblasung dieses Abgas-Luft-Brennstoff-Gemisches keine Absenkung des Inertgasanteils in der Vorkammer ermöglicht ist.Gaseous fuels such as methane, natural gas (CNG or liquefied as LNG, for example propane), LPG, propane-butane mixture, ethane and / or hydrogen or preferably come as the said fuel and thus for example as the main fuel and for flushing the prechamber liquid fuels such as gasoline used. The material flows fuel gas and air should be metered separately into the prechamber for the following reasons: Premixing and provision of a combustible fuel gas / air mixture for the subsequent injection into the prechamber is disadvantageous in the vehicle for safety reasons. The removal of the fuel gas-air mixture from the intake manifold is problematic because the intake manifold pressure is insufficient even when charging for a sufficient injection into the prechamber. Furthermore, exhaust gas is already admixed in the intake manifold in engines with exhaust gas recirculation, so that when this exhaust gas air-fuel mixture is injected, no reduction of the inert gas portion in the prechamber is made possible.

Die Ströme Brenngas beziehungsweise Kraftstoff und Luft können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf folgende Weise in die Vorkammer eindosiert werden:

  • - über zwei einzelne Ventile direkt
  • - zwei getrennte Leitungen beziehungsweise Kapillaren mit jeweils einem vorgelagerten Dosierventil
  • - durch eine einzelne in die Vorkammer mündende Kapillare beziehungsweise Leitung, die durch ein T-Verbindungsstück mit zwei Dosierventilen verbunden ist.
The streams fuel gas or fuel and air can be metered into the pre-chamber in the following manner in the context of the method according to the invention:
  • - directly via two individual valves
  • - Two separate lines or capillaries, each with an upstream metering valve
  • - By a single opening into the antechamber capillary or line, which is connected by a T-connector with two metering valves.

Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, den Kraftstoff und die Luft unter erhöhtem Druck in die Vorkammer einzubringen, sodass der beispielsweise als Brenngas ausgebildete Kraftstoff und die Luft mit einem Druck von mehr als 5 bar in die Vorkammer eingebracht werden. Die beiden einzelnen in die Vorkammer eintretenden Stoffströme Luft und Brenngas vermischen sich vorzugsweise in der Vorkammer zu einem stöchiometrischen Brenngas-Luft-Gemisch. Durch den jeweiligen hohen Druck von mehr als 5 bar wird über weite Bereiche ein Einströmen von Inertgasgemisch aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer verhindert. Erst wenn der Druck im Hauptbrennraum den Druck in der Vorkammer beziehungsweise den Einblasedruck, mit dem das Brenngas und die Luft in die Vorkammer eingebracht werden, übersteigt, gelangt Inertgas aus dem Hauptbrennraum in die Vorkammer. Dort mischt es sich mit dem dort vorgemischten stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch ohne Inertgas.Furthermore, it is preferably provided, the fuel and the air under increased pressure bring in the antechamber, so that the example formed as a fuel gas fuel and the air at a pressure of more than 5 bar are introduced into the prechamber. The two individual entering into the antechamber streams of air and fuel gas mix preferably in the antechamber to a stoichiometric fuel gas-air mixture. Due to the respective high pressure of more than 5 bar, an inflow of inert gas mixture from the main combustion chamber into the pre-chamber is prevented over a wide range. Only when the pressure in the main combustion chamber exceeds the pressure in the pre-chamber or the Einblasedruck, with which the fuel gas and the air are introduced into the prechamber, passes inert gas from the main combustion chamber in the antechamber. There it mixes with the premixed stoichiometric fuel-air mixture without inert gas.

Die bei Zündung vorliegende Gemischzusammensetzung in der Vorkammer zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass der Inertgasanteil in der Vorkammer gegenüber dem Inertgasanteil in dem Hauptbrennraum (Brennraum) reduziert ist. Je höher der bei Einblasung in die Vorkammer vorhandenen Luft- beziehungsweise Brenngasdruck, desto länger kann in die Kompressionsphase der Verbrennungskraftmaschine bei Aufwärtsbewegung des Kolbens in die Vorkammer eingeblasen und durch Verhinderung des Einströmens von Gemisch aus dem Hauptbrennraum der Inertgasanteil in der Vorkammer verringert werden.The composition of the mixture in the prechamber when it is ignited is preferably characterized by the fact that the proportion of inert gas in the prechamber is reduced compared to the portion of inert gas in the main combustion chamber (combustion chamber). The higher the existing during injection into the pre-chamber air or fuel gas pressure, the longer can be injected into the compression phase of the internal combustion engine during upward movement of the piston in the pre-chamber and reduced by preventing the influx of mixture from the main combustion chamber, the inert gas in the antechamber.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn, insbesondere bei einer mobilen Nutzfahrzeuganwendung, das Brenngas unter hohem Druck von beispielsweise mehr als 5 bar einer fahrzeugseitigen Gasversorgung entnommen wird. Die Luft wird beispielsweise als Druckluft unter hohem Druck aus einem fahrzeugseitig bereits vorhandenen Pneumatiksystem entnommen. Dieses Pneumatiksystem ist üblicherweise bei Nutzfahrzeugen für die Drucklufterzeugung wie beispielsweise für Bremse, insbesondere Betriebsbremse, Luftfahrwerk und/oder auch Türbetätigung bei Omnibussen vorhanden. Das pneumatische System umfasst beispielsweise einen von der Verbrennungskraftmaschine und/oder alternativ elektrisch angetriebenen Luftpresser, welcher beispielsweise als Kolbenverdichter beziehungsweise Kompressor ausgebildet ist. Ferner umfasst das pneumatische System beispielsweise einen Druckspeicher, in welchem die mittels des Luftpressers verdichtete Luft gespeichert werden kann. Übliche, von dem Luftpresser bereitgestellte Drücke liegen beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 10 bar bis einschließlich 15 bar bei einer maximalen Förderleistung in einem Bereich von 170 bis 380 Litern pro Minute bei Betriebsdruck. Der Anteil des von der Vorkammer benötigten Luftmassenstroms an der Förderleistung des Luftpressers beträgt abgeschätzt maximal weniger als 3 Prozent.It has proven to be particularly advantageous if, particularly in the case of a mobile commercial vehicle application, the fuel gas is taken off from a vehicle-side gas supply under high pressure of, for example, more than 5 bar. The air is taken, for example, as compressed air under high pressure from a vehicle already existing pneumatic system. This pneumatic system is usually present in commercial vehicles for compressed air generation such as for brake, in particular service brake, air suspension and / or door operation in buses. The pneumatic system includes, for example, one of the internal combustion engine and / or alternatively electrically driven air compressor, which is designed for example as a piston compressor or compressor. Further, the pneumatic system includes, for example, a pressure accumulator in which the air compressed by means of the air compressor can be stored. Typical pressures provided by the air compressor are, for example, in a range of from 10 bar to 15 bar inclusive at a maximum delivery rate in a range of 170 to 380 liters per minute at operating pressure. The proportion of the air mass flow required by the prechamber to the capacity of the air compressor is estimated at a maximum of less than 3 percent.

Für die Bildung des Brenngas-Luft-Gemisches in der Vorkammer kommen unterschiedliche Betriebsmodi in Abhängigkeit von jeweiligen Druckbereichen des Brenngases und der Luft infrage. Diese sind vorgesehen, da sich bei unterschiedlichen Drücken von Luft und Brenngas, vor allem bei einer gemeinsamen Zuleitung in die Vorkammer, die beispielsweise als Gasströme ausgebildeten Stoffströme gegenseitig beeinflussen beziehungsweise aufstauen können. Zudem kann über einen zusätzlichen Betriebsmodus mit der zugeführten Luft inertes Restgas aus der Vorkammer ausgeblasen werden. Bei dem dieselähnlichen Gas-Brennverfahrenskonzept mit Hochdruck-Direkteinblasung in die Vorkammer ist bei der fahrzeugseitigen Gasverzweigung eine Reduktion des Brenngasdrucks vor Einblasung in die Kammer vorteilhaft. In diesem Fall ist die Nutzung des fahrzeugseitigen Brenngassystems in Kombination mit einem zusätzlichen Druckregler für die Vorkammereinblasung dennoch möglich.For the formation of the fuel gas-air mixture in the pre-chamber different operating modes depending on the respective pressure ranges of the fuel gas and the air come into question. These are provided because at different pressures of air and fuel gas, especially in a common supply line in the antechamber, for example, the flows formed as gas streams can mutually influence or damming. In addition, inert residual gas can be blown out of the prechamber via an additional operating mode with the supplied air. In the diesel-like gas combustion process concept with high-pressure direct injection into the pre-chamber, a reduction of the fuel gas pressure before injection into the chamber is advantageous in the case of the vehicle-side gas branching. In this case, the use of the vehicle-side fuel gas system in combination with an additional pressure regulator for Vorkammereinblasung is still possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit insbesondere dadurch aus, dass die Fremdzündung in der Vorkammer bei gegenüber dem Hauptbrennraum reduziertem Inertgasanteil und dadurch verbesserten Zündbedingungen und erhöhtem Energiegehalt erfolgt. Der Einsatz erfolgt bei vorzugsweise Verbrennungskraftmaschinen für mobile und Off-Highway-Nutzfahrzeug-Anwendungen. Vorzugsweise erfolgt die Bereitstellung der als Druckluft ausgebildeten Luft von einem fahrzeugseitigen Pneumatiksystem. Die Bereitstellung des beispielsweise als Brenngas ausgebildeten Kraftstoffs erfolgt vorzugsweise von einem für den Betrieb der beispielsweise als Gasmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine schon vorhandenen vor einem Brenngas-System mit einem Druck von mehr als 5 bar.The method according to the invention is therefore characterized in particular by the fact that the spark ignition in the pre-chamber takes place at an inert gas fraction reduced in relation to the main combustion chamber and thus improved ignition conditions and increased energy content. The use is preferably in internal combustion engines for mobile and off-highway commercial vehicle applications. Preferably, the provision of the air formed as compressed air from a vehicle-side pneumatic system. The provision of the example formed as a fuel gas fuel is preferably carried out by a for the operation of, for example, designed as a gas engine internal combustion engine before a fuel gas system with a pressure of more than 5 bar.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Brenngas und die Luft parallel beziehungsweise synchron, das heißt gleichzeitig in die Vorkammer eingebracht, insbesondere eingeblasen, werden. Start und Ende der jeweiligen Einblasung können dabei jeweils unabhängig voneinander sein. Dieser Betriebsmodus zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Überlappung der Einblasedauern stattfindet. Die von den jeweiligen Drücken abhängige Einblasedauer der beiden Stoffströme bestimmt das Brenngas-Luft-Verhältnis in der Vorkammer. Die Einblasung der beiden Stoffe kann auch mehrfach hintereinander als Mehrfacheinblasung erfolgen. Durch Variation der jeweiligen Einblasedauern zueinander kann ein vorteilhaftes Gemischverhältnis in der Vorkammer durch ein Motorsteuergerät eingestellt werden. Dies gilt insbesondere für alle Varianten.To be particularly advantageous, it has been shown when the fuel gas and the air in parallel or synchronously, that is, at the same time introduced into the prechamber, in particular blown. Start and end of the respective injection can each be independent of each other. This operating mode is characterized in particular by the fact that an overlap of the injection periods takes place. The injection pressure of the two streams, which depends on the respective pressures, determines the fuel gas / air ratio in the prechamber. The injection of the two substances can also be done several times in succession as Mehrfacheinblasung. By varying the respective injection periods to each other, an advantageous mixture ratio in the antechamber can be adjusted by an engine control unit. This is especially true for all variants.

Alternativ ist es denkbar, dass das Brenngas und die Luft zeitlich getrennt voneinander in die Vorkammer eingebracht werden. Hierbei wird beispielsweise zunächst das Brenngas und anschließend die Luft mit Einblasende vor Zündzeitpunkt für eine hinreichende Gemischbildungszeit eingeblasen. Dabei ist der Druck der Luft größer als der Druck des Gases, um gegen einen in der Vorkammer aufgestauten Gasdruck einblasen zu können. Dieser Betriebsmodus zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Einblasung der Luft erst stattfindet, nachdem die Einblasung des Kraftstoffes (Brenngas) abgeschlossen ist. Das Verhältnis der beiden Einblasedauern zueinander bestimmt das Brennstoff-Luft-Verhältnis in der Vorkammer. Durch Variation der jeweiligen Einblasedauern zueinander kann ein vorteilhaftes Gemischverhältnis in der Vorkammer durch ein Motorsteuergerät eingestellt werden. Die sequentielle Einblasung der beiden Stoffe (Kraftstoff und Luft) kann auch mehrfach hintereinander als Mehrfacheinblasung erfolgen. Alternatively, it is conceivable that the fuel gas and the air are introduced separately from each other in the antechamber. In this case, for example, first the fuel gas and then the air is blown with Einblasende before ignition for a sufficient mixture formation time. The pressure of the air is greater than the pressure of the gas in order to be able to blow against a gas pressure accumulated in the pre-chamber. This operating mode is characterized in particular by the fact that the injection of air takes place only after the injection of the fuel (fuel gas) is completed. The ratio of the two injection periods to each other determines the fuel-air ratio in the prechamber. By varying the respective injection periods to each other, an advantageous mixture ratio in the antechamber can be adjusted by an engine control unit. The sequential injection of the two substances (fuel and air) can also be done several times in succession as Mehrfacheinblasung.

Ferner ist es im Rahmen des getrennten Einblasens des Brenngases und Luft möglich, zuerst die Luft und anschließend das Brenngas mit Einblasende vor Zündzeitpunkt für eine hinreichende Gemischbildungszeit durchzuführen. Dabei ist der Druck des Brenngases größer als der Druck der Luft, um gegen einen in der Vorkammer aufgestauten Druck einblasen zu können. Dieser Betriebsmodus zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Einblasung des Brenngases erst startet, nachdem die Einblasung der Luft abgeschlossen ist. Das Verhältnis der beiden Einblasedauern zueinander bestimmt das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in der Vorkammer. Durch Variation der jeweiligen Einblasedauern zueinander kann ein vorteilhaftes Gemischverhältnis in der Vorkammer durch das Motorsteuergerät eingestellt werden. Die sequentielle Einblasung der beiden Stoffe kann auch mehrfach hintereinander als Mehrfacheinblasung erfolgen. Ferner ist es denkbar, dass Luft in die Vorkammer nach der Hauptverbrennung, das heißt nach dem oberen Totpunkt, eingebracht wird, um vor erneutem Befüllen der Vorkammer Inertgas aus der Vorkammer auszublasen.Furthermore, in the context of the separate blowing of the fuel gas and air, it is possible to first carry out the air and then the fuel gas with Einblasende before ignition for a sufficient mixture formation time. The pressure of the fuel gas is greater than the pressure of the air in order to be able to blow against a pressure accumulated in the pre-chamber. This operating mode is characterized in particular by the fact that the injection of the fuel gas only starts after the injection of air has been completed. The ratio of the two injection periods to each other determines the fuel-air ratio in the prechamber. By varying the respective injection periods to one another, an advantageous mixture ratio in the antechamber can be set by the engine control unit. The sequential injection of the two substances can also be done several times in succession as Mehrfacheinblasung. Furthermore, it is conceivable that air is introduced into the prechamber after the main combustion, that is, after the top dead center, in order to blow out inert gas from the prechamber before refilling the prechamber.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform, welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird;
  • 2 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 3 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • 4 ein Diagramm zum Veranschaulichten einer ersten Ausführungsform des Verfahrens;
  • 5 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens; und
  • 6 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer dritten Ausführungsform des Verfahrens.
The drawing shows in:
  • 1 a schematic representation of an internal combustion engine according to a first embodiment, which is operated by a method according to the invention;
  • 2 a schematic representation of the internal combustion engine according to a second embodiment;
  • 3 a schematic representation of the internal combustion engine according to a third embodiment;
  • 4 a diagram for illustrating a first embodiment of the method;
  • 5 a diagram illustrating a second embodiment of the method; and
  • 6 a diagram illustrating a third embodiment of the method.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform einer im Ganzen mit 10 bezeichneten Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, welches mittels der Verbrennungskraftmaschine 10 antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist wenigstens einen als Zylinder 12 ausgebildeten Brennraum auf, in welchem ein Kolben 14 translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Wie hinlänglich bekannt ist, ist der Kolben 14 zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) translatorisch bewegbar. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als Gasmotor ausgebildet und somit mittels eines gasförmigen Kraftstoffes betreibbar, wobei der gasförmige Kraftstoff auch als Hauptkraftstoff oder Hauptbrennstoff beziehungsweise Brenngas bezeichnet wird. Bei einem Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 werden dem Zylinder 12 das Brenngas und Luft zugeführt, wodurch in dem Brennraum 12 - insbesondere während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 - ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Der Zylinder 12 wird auch als Hauptbrennraum oder Hauptbrennkammer bezeichnet. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a generally designated 10 internal combustion engine for a motor vehicle, which by means of the internal combustion engine 10 is drivable. The internal combustion engine 10 has at least one as a cylinder 12 trained combustion chamber in which a piston 14 is recorded translationally movable. As is well known, the piston is 14 between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) translationally movable. The internal combustion engine 10 is designed as a gas engine and thus operable by means of a gaseous fuel, wherein the gaseous fuel is also referred to as the main fuel or main fuel or fuel gas. In a method of operating the internal combustion engine 10 be the cylinder 12 the fuel gas and air are supplied, causing in the combustion chamber 12 - Especially during a fired operation of the internal combustion engine 10 - A fuel-air mixture is formed. The cylinder 12 is also referred to as the main combustion chamber or main combustion chamber.

Dem Zylinder 12 ist eine als Vorkammerzündkerze 16 ausgebildete Vorkammerzündkerze zugeordnet, die eine Vorkammer 18 aufweist. Wie in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist, ist die Vorkammer 18 über Überströmöffnungen 13 fluidisch mit dem Zylinder 12 (Hauptbrennraum) verbunden, wobei die Vorkammer 18 ein wesentlich geringeres Volumen als der Zylinder 12 aufweist. Mittels der Vorkammerzündkerze 16 wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder 12 gezündet und in der Folge verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 resultiert. Die Verbrennungskraftmaschine 10 beziehungsweise das Kraftfahrzeug weist eine fahrzeugseitige Brenngasversorgung 20 auf, mittels welcher der gasförmige Kraftstoff, insbesondere direkt, in den Zylinder 12 eingebracht, insbesondere eingeblasen, wird. Hierzu umfasst die Brenngasversorgung 20 beispielsweise einen Tank 22 zum Aufnehmen und Speichern des gasförmigen Kraftstoffs. Mittels wenigstens einer Leitung 24 der Brenngasversorgung 20 kann der gasförmige Kraftstoff (Brenngas) von dem Tank 22 zu dem und insbesondere in den Zylinder 12 geführt und eingeblasen werden. Dabei ist in der Leitung 24 beispielsweise ein Ventilelement 26 der Brenngasversorgung 20 angeordnet, wobei mittels des Ventilelements 26 eine in den Zylinder 12 einzubringende Menge des gasförmigen Kraftstoffes einstellbar ist.The cylinder 12 is a pre-chamber spark plug 16 trained prechamber spark plug associated with a prechamber 18 having. As in synopsis with 2 is recognizable, is the antechamber 18 over overflow openings 13 fluidic with the cylinder 12 (Main combustion chamber), the antechamber 18 a much smaller volume than the cylinder 12 having. By means of the prechamber spark plug 16 is the fuel-air mixture in the cylinder 12 ignited and burned in the sequence, resulting exhaust gas of the internal combustion engine 10 results. The internal combustion engine 10 or the motor vehicle has a on-board fuel gas supply 20 on, by means of which the gaseous fuel, in particular directly, into the cylinder 12 introduced, in particular injected, is. This includes the fuel gas supply 20 for example, a tank 22 for receiving and storing the gaseous fuel. By means of at least one line 24 the fuel gas supply 20 can the gaseous fuel (fuel gas) from the tank 22 to that and especially in the cylinder 12 be led and injected. It is in the line 24 for example, a valve element 26 the fuel gas supply 20 arranged, wherein by means of the valve element 26 one in the cylinder 12 amount of gaseous fuel to be introduced is adjustable.

Um nun einen besonders emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 und eine geringe Temperaturbelastung der Motorbauteile der Verbrennungskraftmaschine 10 zu realisieren, ist es im Rahmen des Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen, dass eine Abgasrückführung durchgeführt wird, mittels welcher dem Zylinder 12 Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeführt wird. Diese Abgasrückführung (AGR) kann als interne und/oder externe Abgasrückführung vorgesehen sein (nicht dargestellt). Beispielsweise ist eine Abgasrückführeinrichtung mit einer Abgasrückführleitung vorgesehen. Das zuvor genannte Abgas strömt beispielsweise aus dem Zylinder 12 aus und wird mittels eines von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakts der Verbrennungskraftmaschine 10 von dem Zylinder 12 abgeführt. Die Luft, welche in den Zylinder 12 eingebracht wird, strömt beispielsweise durch einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine 10 und wird mittels des Ansaugtrakts zu dem und insbesondere in den Zylinder 12 eingeleitet. Die Abgasrückführleitung ist dabei einerseits fluidisch mit dem Abgastrakt und andererseits fluidisch mit dem Ansaugtrakt verbunden, sodass mittels der Abgasrückführleitung zumindest ein Teil des den Abgastrakt durchströmenden Abgases aus dem Abgastrakt abgezweigt und zu dem und insbesondere in den Ansaugtrakt rückgeführt werden kann. Das rückgeführte Abgas wird beispielsweise in die den Ansaugtrakt durchströmende Luft eingeleitet und wird mittels der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft mitgenommen und in den Zylinder 12 transportiert. In dem Zylinder 12 kann das rückgeführte Abgas bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, welches auch als Brenngas-Luft-Gemisch bezeichnet wird, als Inertgas wirken, wodurch die Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) besonders gering gehalten werden können.To now a particularly low-emission operation of the internal combustion engine 10 and a low temperature load of the engine components of the internal combustion engine 10 It is within the scope of the method for operating the internal combustion engine 10 provided that an exhaust gas recirculation is performed, by means of which the cylinder 12 Exhaust gas of the internal combustion engine 10 is supplied. This exhaust gas recirculation (EGR) can be provided as internal and / or external exhaust gas recirculation (not shown). For example, an exhaust gas recirculation device is provided with an exhaust gas recirculation line. For example, the aforementioned exhaust gas flows out of the cylinder 12 from and is by means of an exhaust gas flow through the exhaust tract of the internal combustion engine 10 from the cylinder 12 dissipated. The air which enters the cylinder 12 is introduced, for example, flows through an intake tract of the internal combustion engine 10 and is by means of the intake tract to the and in particular into the cylinder 12 initiated. The exhaust gas recirculation line is on the one hand fluidly connected to the exhaust tract and the other fluidly to the intake, so that at least a portion of the exhaust gas flowing through the exhaust gas can be diverted from the exhaust system and returned to the and in particular in the intake by means of the exhaust gas recirculation line. The recirculated exhaust gas is introduced, for example, into the air flowing through the intake tract and is entrained by means of the air flowing through the intake tract and into the cylinder 12 transported. In the cylinder 12 the recirculated exhaust gas in the combustion of the fuel-air mixture, which is also referred to as fuel gas-air mixture, act as an inert gas, whereby the nitrogen oxide (NO x ) emissions can be kept particularly low.

Um das Kraftstoff-Luft-Gemisch besonders gut zünden und somit eine besonders hohe Laufruhe der Verbrennungskraftmaschine 10 gewährleisten zu können, ist es bei dem Verfahren ferner vorgesehen, dass in der Vorkammer 18 ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch, insbesondere Brenngas-Luft-Gemisch, gebildet wird, indem Luft und Kraftstoff, insbesondere Brenngas, über wenigstens ein von den Überströmöffnungen 13 unterschiedliches, zusätzlich zu den Überströmöffnungen 13 vorgesehenes Zuführelement 28 direkt in die Vorkammer 18 eingebracht werden. Das Brenngas und die Luft, welche direkt in die Vorkammer 18 eingebracht werden, werden somit nicht etwa aus dem Zylinder 12 über die Überströmöffnungen 13 in die Vorkammer 18 eingebracht, sondern über das von den Überströmöffnungen 13 unterschiedliche Zuführelement 28 in die Vorkammer 18 eingeblasen.To ignite the fuel-air mixture particularly well and thus a particularly high smoothness of the internal combustion engine 10 to ensure that it is also provided in the process that in the antechamber 18 a stoichiometric fuel-air mixture, in particular fuel gas-air mixture, is formed by air and fuel, in particular fuel gas, via at least one of the overflow openings 13 different, in addition to the overflow openings 13 provided feed element 28 directly into the antechamber 18 be introduced. The fuel gas and the air, which directly into the antechamber 18 are introduced so are not out of the cylinder 12 over the overflow openings 13 in the antechamber 18 introduced, but over that of the overflow 13 different feed element 28 in the antechamber 18 blown.

Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform wird das Brenngas, das über das Zuführelement 28 direkt in die Vorkammer 18 eingeblasen wird, der Brenngasversorgung 20, insbesondere dem Tank 22, entnommen. Dabei wird das Brenngas, das heißt der zuvor genannte gasförmige Kraftstoff, in dem Tank 22 gespeichert und mit dem Druck pG in die Vorkammer 18, insbesondere direkt, eingeblasen. Dabei kann der Druck des Brenngases im Tank 22 höher sein als der Druck pG von mehr als fünf bar bei der Einblasung des Brenngases in die Vorkammer 18. Hierzu ist eine Leitung 30 des Zuführelements 28 vorgesehen. Über die Leitung 30 wird das Brenngas aus dem Tank 22 in die Vorkammer 18 eingeblasen. Dabei ist in der Leitung 30 ein Ventilelement 32 des Zuführelements 28 angeordnet. Mittels des Ventilelements 32 kann eine Menge des in die Vorkammer 18 direkt einzublasenden Kraftstoffes (Brenngas) bedarfsgerecht eingestellt werden.At the in 1 shown first embodiment, the fuel gas, via the supply element 28 directly into the antechamber 18 is injected, the fuel gas supply 20 , especially the tank 22 taken from. In this case, the fuel gas, that is, the aforementioned gaseous fuel in the tank 22 stored and with the pressure p G in the antechamber 18 , in particular directly blown. In this case, the pressure of the fuel gas in the tank 22 be higher than the pressure p G of more than five bar in the injection of the fuel gas into the antechamber 18 , This is a line 30 of the feeding element 28 intended. About the line 30 the fuel gas gets out of the tank 22 in the antechamber 18 blown. It is in the line 30 a valve element 32 of the feeding element 28 arranged. By means of the valve element 32 can be a lot of in the antechamber 18 directly einzubasenden fuel (fuel gas) can be adjusted as needed.

Das Kraftfahrzeug umfasst ferner ein Pneumatiksystem 34, mittels welchem wenigstens ein von der Verbrennungskraftmaschine 10 unterschiedlicher und auch als Druckluftverbraucher bezeichneter Verbraucher 36 mit Druckluft versorgt werden kann. Dabei umfasst das Pneumatiksystem 34 einen beispielsweise von der Verbrennungskraftmaschine 10 und/oder von einem Elektromotor antreibbaren Luftpresser 38, mittels welchem Luft gefördert und verdichtet werden kann. Dadurch kann der Luftpresser 38 die verdichtete Luft als Druckluft bereitstellen, mit der der Verbraucher 36 versorgt werden kann. Dabei umfasst das Pneumatiksystem 34 beispielsweise einen als Druckluftspeicher ausgebildeten Druckspeicher 40, in welchem die Luft als Druckluft mit einem Druck pL gespeichert werden kann. Die Luft kann somit mit dem Druck pL dem Verbraucher 36 zugeführt werden. Ferner ist eine Leitung 42 des Zuführelements 28 vorgesehen. Über die Leitung 42 kann die als Druckluft im Druckspeicher 40 gespeicherte Luft der Vorkammer 18 zugeführt und insbesondere direkt in die Vorkammer 18 eingeblasen werden. Dabei ist in der Leitung 42 ein Ventilelement 44 des Zuführelements 28 angeordnet. Mittels des Ventilelements 44 kann eine Menge der in die Vorkammer 18 direkt einzublasenden und aus dem Druckspeicher 40 stammenden Luft (Druckluft) bedarfsgerecht eingestellt werden.The motor vehicle further includes a pneumatic system 34 by means of which at least one of the internal combustion engine 10 different and also referred to as compressed air consumers 36 can be supplied with compressed air. This includes the pneumatic system 34 an example of the internal combustion engine 10 and / or by an electric motor drivable air compressor 38 , by means of which air can be conveyed and compressed. This allows the air compressor 38 provide the compressed air as compressed air, with the consumer 36 can be supplied. This includes the pneumatic system 34 For example, designed as a compressed air accumulator accumulator 40 in which the air can be stored as compressed air at a pressure p L. The air can thus with the pressure p L the consumer 36 be supplied. Further, a line 42 of the feeding element 28 intended. About the line 42 Can be used as compressed air in the accumulator 40 stored air of the antechamber 18 fed and in particular directly into the antechamber 18 be blown. It is in the line 42 a valve element 44 of the feeding element 28 arranged. By means of the valve element 44 can be a lot of in the antechamber 18 directly einzublasenden and from the accumulator 40 originating air (compressed air) can be adjusted as needed.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Aus 2 ist ein Zündelement 46 der Vorkammerzündkerze 16 erkennbar. Mittels des Zündelements 46 kann in der Vorkammer 18 wenigstens ein Zündfunken erzeugt werden, mittels welchem das Brenngas-Luft-Gemisch in der Vorkammer 18 gezündet und dadurch verbrannt werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Luft mit dem Druck pL und das Brenngas mit dem Druck pG über die zwei voneinander getrennten Leitungen 30 und 42 in die Vorkammer 18 eingeblasen werden. Dabei münden die Leitungen 30 und 42 voneinander getrennt in die Vorkammer 18. 2 shows a second embodiment of the internal combustion engine 10 , Out 2 is an ignition element 46 the prechamber spark plug 16 recognizable. By means of the ignition element 46 can in the antechamber 18 at least one spark be generated, by means of which the fuel gas-air mixture in the prechamber 18 ignited and can be burned. In the second embodiment, it is provided that the air at the pressure p L and the fuel gas at the pressure p G via the two separate lines 30 and 42 in the antechamber 18 be blown. The lines open 30 and 42 separated from each other in the antechamber 18 ,

Anhand von 2 ist besonders gut erkennbar, dass beispielsweise bei der zweiten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10 der Vorkammer 18 drei Fluidströme, insbesondere getrennt voneinander, zugeführt werden, wobei diese Fluidströme auch als Ströme oder Stoffströme bezeichnet werden und in die Vorkammer 18 eingeleitet werden beziehungsweise einströmen. Ein erster der Fluidströme strömt aus dem Zylinder 12 über die Überströmöffnungen 13 in die Vorkammer 18 und umfasst das Kraftstoff-Luft-Gemisch sowie das rückgeführte Abgas aus dem Zylinder 12. Ein zweiter der Fluidströme ist beispielsweise die als Druckluft ausgebildete Luft und strömt über die Leitung 42 in die Vorkammer 18 ein. Der dritte Fluidstrom ist das Brenngas und strömt über die Leitung 30 in die Vorkammer 18 ein. Der zweite und der dritte Fluidstrom strömen somit nicht über die Überströmöffnungen 13 in die Vorkammer 18 und stammen nicht aus dem Zylinder 12. Vorzugsweise beträgt der jeweilige Druck pG beziehungsweise pL mehr als 5 bar. Vorzugsweise liegt der Druck pL in einem Bereich von einschließlich 10 bar bis einschließlich 15 bar.Based on 2 is particularly clear that, for example, in the second embodiment of the internal combustion engine 10 the antechamber 18 three fluid streams, in particular separately from each other, are supplied, these fluid streams are also referred to as streams or streams and into the prechamber 18 be initiated or inflow. A first of the fluid streams flows out of the cylinder 12 over the overflow openings 13 in the antechamber 18 and includes the fuel-air mixture and the recirculated exhaust gas from the cylinder 12 , A second of the fluid streams is, for example, the air formed as compressed air and flows over the line 42 in the antechamber 18 one. The third fluid stream is the fuel gas and flows over the conduit 30 in the antechamber 18 one. The second and the third fluid flow thus do not flow over the overflow openings 13 in the antechamber 18 and do not come from the cylinder 12 , Preferably, the respective pressure p G or p L is more than 5 bar. Preferably, the pressure p L is in a range of from 10 bar to 15 bar inclusive.

3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Bei der dritten Ausführungsform sind die Leitungen 30 und 42 bezogen auf eine Strömungsrichtung der Druckluft von dem Druckspeicher 40 zu der Vorkammer 18 sowie bezogen auf eine Strömungsrichtung des Brenngases von dem Tank 22 zu der Vorkammer 18 an einer stromauf der Vorkammer 18 angeordneten Stelle S fluidisch miteinander verbunden und münden in eine gemeinsame Zuführleitung 50 des Zuführelements 28. Die Zuführleitung 50 mündet dabei in die Vorkammer 18. Bei der dritten Ausführungsform wird somit die von dem Pneumatiksystem 34 bereitgestellte und als Druckluft ausgebildete Luft mit dem von der Brenngasversorgung 20 bereitgestellten Brenngas nicht erst in der Vorkammer 18 gemischt, wie es bei der in 2 veranschaulichten zweiten Ausführungsform vorgesehen ist, sondern die von dem Pneumatiksystem 34 bereitgestellte Luft wird bereits stromauf der Vorkammer 18 an der Stelle S fluidisch mit dem von der Brenngasversorgung 20 bereitgestellten Brenngas vermischt, sodass ein die Zuführleitung 50 durchströmendes Brenngas-Luft-Gemisch entsteht, welches nicht etwa aus dem Zylinder 12 stammt und nicht etwa über die Überströmöffnungen 13 aus dem Zylinder 12 in die Vorkammer 18 einströmt, sondern mittels des von den Überströmöffnungen 13 unterschiedlichen Zuführelements 28 in die Vorkammer 18, insbesondere direkt, eingeblasen wird. 3 shows a third embodiment of the internal combustion engine 10 , In the third embodiment, the leads are 30 and 42 based on a flow direction of the compressed air from the pressure accumulator 40 to the antechamber 18 and based on a flow direction of the fuel gas from the tank 22 to the antechamber 18 at an upstream of the pre-chamber 18 arranged point S fluidly connected to each other and open into a common feed line 50 of the feeding element 28 , The feed line 50 leads into the antechamber 18 , Thus, in the third embodiment, that of the pneumatic system 34 provided and designed as compressed air with the air from the fuel gas supply 20 Provided fuel gas not only in the antechamber 18 mixed, as is the case in the 2 illustrated second embodiment, but that of the pneumatic system 34 Provided air is already upstream of the prechamber 18 at the point S fluidly with that of the fuel gas supply 20 Provided fuel gas mixed, so that a supply line 50 flowing fuel gas-air mixture is formed, which is not from the cylinder 12 and not about the overflow openings 13 out of the cylinder 12 in the antechamber 18 flows in, but by means of the overflow 13 different feeding element 28 in the antechamber 18 , in particular directly, is blown.

4 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10. Ein in 4 gezeigter Verlauf 52 veranschaulicht dabei den im Zylinder 12 herrschenden Zylinderdruck pZyl, wobei auf der Abszisse 54 des Diagramms Grad Kurbelwinkel aufgetragen ist. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform des Verfahrens werden die von dem Pneumatiksystem 34 bereitgestellte Druckluft und das von der Brenngasversorgung 20 bereitgestellte Brenngas während wenigstens einer Zeitspanne Z gleichzeitig, das heißt synchron beziehungsweise parallel, in die Vorkammer 18 eingeblasen. Die Zeitspanne Z und somit das Einblasen des Brenngases und der Luft beginnen bei einem ersten Zeitpunkt t1. Die Zeitspanne Z und somit das jeweilige Einblasen der Druckluft und des Brenngases enden bei einem auf den ersten Zeitpunkt t1 folgenden zweiten Zeitpunkt t2. Dabei veranschaulicht in 4 ein Block 56 das Einblasen der Luft in die Vorkammer 18, wobei ein Block 58 das Einblasen des Brenngases in die Vorkammer 18 veranschaulicht. 4 shows a diagram illustrating a first embodiment of the method for operating the internal combustion engine 10 , An in 4 shown course 52 illustrates the cylinder 12 prevailing cylinder pressure p cyl , being on the abscissa 54 of the diagram is plotted crank angle. At the in 4 shown embodiment of the method are those of the pneumatic system 34 provided compressed air and that of the fuel gas supply 20 Provided fuel gas during at least a period Z at the same time, that is, synchronously or in parallel, in the antechamber 18 blown. The period Z and thus the injection of the fuel gas and the air start at a first time t1. The period Z and thus the respective injection of the compressed air and the fuel gas end at a second time t2 following the first time t1. It illustrates in 4 a block 56 the injection of air into the antechamber 18 , where a block 58 the injection of the fuel gas into the pre-chamber 18 illustrated.

5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verfahrens. Auch bei der zweiten Ausführungsform werden die Druckluft und das Brenngas während der Zeitspanne Z in die Vorkammer 18 eingeblasen. Bei der zweiten Ausführungsform ist es jedoch vorgesehen, dass innerhalb der Zeitspanne Z das Brenngas und die Luft zeitlich aufeinanderfolgend in die Vorkammer 18 eingeblasen werden. Bei der zweiten Ausführungsform erfolgt somit eine sequentielle Einblasung des Brenngases und der Luft in die Vorkammer. Bei der zweiten Ausführungsform wird erst das Brenngas in die Vorkammer 18 eingeblasen. Erst nach Ende der Einblasung des Brenngases in die Vorkammer 18 wird das Einblasen der Luft in die Vorkammer 18 gestartet. 5 shows a second embodiment of the method. Also in the second embodiment, the compressed air and the fuel gas during the period Z in the prechamber 18 blown. In the second embodiment, however, it is provided that within the period Z, the fuel gas and the air in succession in the antechamber 18 be blown. In the second embodiment, a sequential injection of the fuel gas and the air thus takes place in the antechamber. In the second embodiment, only the fuel gas in the prechamber 18 blown. Only after the end of the injection of the fuel gas into the antechamber 18 will be the injection of air into the antechamber 18 started.

Auch bei einer in 6 veranschaulichten dritten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine sequentielle Einblasung der Druckluft und des Brenngases. Im Gegensatz zu der zweiten Ausführungsform ist es bei der dritten Ausführungsform vorgesehen, dass zuerst die Luft in die Vorkammer 18 eingeblasen wird. Erst, wenn die Einblasung der Luft in die Vorkammer 18 beendet ist, wird das Einblasen des Brenngases in die Vorkammer 18 gestartet.Also at a in 6 illustrated third embodiment of the method, there is a sequential blowing of the compressed air and the fuel gas. In contrast to the second embodiment, it is provided in the third embodiment that first the air in the prechamber 18 blown. Only when the injection of air into the antechamber 18 is finished, the injection of the fuel gas is in the antechamber 18 started.

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Claims (9)

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem in wenigstens einem Brennraum (12) der Verbrennungskraftmaschine (10) ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, welches mittels einer Vorkammerzündkerze (16), welche eine über mehrere Überströmöffnungen (13) mit dem Brennraum (12) verbundene Vorkammer (18) aufweist, gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Abgasrückführung durchgeführt wird, mittels welcher dem Brennraum (12) Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) zugeführt wird; und - in der Vorkammer (18) ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, indem Luft und Kraftstoff über wenigstens ein von den Überströmöffnungen (13) unterschiedliches, zusätzlich dazu vorgesehenes Zuführelement (28) direkt in die Vorkammer eingebracht werden.Method for operating an internal combustion engine (10) of a motor vehicle, in which in at least one combustion chamber (12) of the internal combustion engine (10) a fuel-air mixture is formed, which by means of a Vorkammerzündkerze (16), which via a plurality of overflow openings (13) with the combustion chamber (12) connected antechamber (18), is ignited, characterized in that - an exhaust gas recirculation is performed, by means of which the combustion chamber (12) exhaust gas of the internal combustion engine (10) is supplied; and - in the pre-chamber (18) a stoichiometric fuel-air mixture is formed by air and fuel via at least one of the overflow openings (13) different, additionally provided feed element (28) are introduced directly into the prechamber. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff mit einem Druck (pG) von mehr als fünf bar über das Zuführelement (28) direkt in die Vorkammer (18) eingebracht wird.Method according to Claim 1 Characterized in that the fuel at a pressure (p G) of more than five bar above the feeding member (28) directly into the antechamber (18) is introduced. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft mit einem Druck (pL) von mehr als fünf bar, insbesondere mit einem Druck (pL) in einem Bereich von einschließlich zehn bar bis einschließlich 15 bar, über das Zuführelement (28) direkt in die Vorkammer (18) eingebracht wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the air with a pressure (p L ) of more than five bar, in particular with a pressure (p L ) in a range of ten bar inclusive including 15 bar, via the feed element (28) directly into the prechamber (18) is introduced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft als ein erster Fluidstrom und der Kraftstoff als ein vom ersten Fluidstrom separater, zweiter Fluidstrom direkt in die Vorkammer (18) eingebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the air is introduced as a first fluid flow and the fuel as a separate from the first fluid flow, second fluid flow directly into the prechamber (18). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft und der Kraftstoff an einer stromauf der Vorkammer (18) angeordneten Stelle (S) zu einem Gemisch vermischt werden, welches direkt in die Vorkammer (18) eingebracht wird.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the air and the fuel at a upstream of the prechamber (18) arranged point (S) are mixed to form a mixture which is introduced directly into the prechamber (18). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft und der Kraftstoff gleichzeitig in die Vorkammer (18) eingebracht werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the air and the fuel are introduced simultaneously into the pre-chamber (18). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft und der Kraftstoff zeitlich aufeinanderfolgend in die Vorkammer (18) eingebracht werden.Method according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the air and the fuel are introduced in succession in the antechamber (18). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff aus einem bereits vorhandenen Druck-Brenngas-System und die die Luft aus einem bereits vorhandenen Pneumatik-System des Kraftfahrzeugs entnommen wirdMethod according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel from an existing pressure-fuel gas system and the air is taken from an existing pneumatic system of the motor vehicle Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer mobilen Anwendung verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is used in a mobile application.
DE102017009613.9A 2017-10-17 2017-10-17 Method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular of a motor vehicle Withdrawn DE102017009613A1 (en)

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